Kaya Kütlesi İndisi Sistemi (RMI)

Transkript

1 Kaya Kütlesi İndisi Sistemi (RMI) Kaya kütlesi sınıflama sistemlerinde kullanılan kaya sınıfı parametreleri birbirleriyle benzer şekildedir. Kaya mühendisliği sınıflamaları sistemi, kaya mühendisliği ve dizayn açısından önemli birrolesahiptir(bieniawski,şubat 2008). Kaya tahkimat sistemlerinin tahmininde, kayanın durumu için önem teşkil eden girdi parametreleri, Q ve RMR (Rock Mass Rating) sistemlerinde kullanılmaktadır.

2 Tünel stabilitesi için sınıflamada kullanılan bu parametrelerin her biri belirlenen değerler veya puanlar toplanarak bir kaya sınıfını ortaya çıkartmaktadır. Ayrıca NATM (New Austrian Tunneling Method) ve RMI tahkimat metodlarında benzer parametreler kullanılmaktadır.

3 Çoğu mühendislik çalışmaları, değişik tanımlamalar, sınıflandırmalar ve tecrübelerden elde edilen bilgilerden yararlanılarak başarılmıştır. Hoke ve Brown, Bieniawski, Snow, Griani ve daha pek çok yazar, kaya kütlelerinin dayanım karakterizasyonu na ihtiyaç olduğunu belirtmişlerdir. Kaya kütle indisi sistemi (RMI), bu ihtiyacı karşılamak amacıyla geliştirilmiştir. Mühendislik çalışmalarında en önemli işlemlerden birisi de RMI deki parametrelerin doğru bir şekilde kullanımıdır.

4 RMI nın önemli unsuru olan eklem sisteminin genel prensip şeması (Palmstrom, 1995)

5 RMI, önceki genel sınıflamalardan sayısal, üstel formüller içerdiği için daha farklı ve mühendislik jeolojisi uygulamalarında, tasarımların kullanılmasında yer almış bir sistemdir.

6 RMI de girdi parametreleri olarak kullanılan önemli parametrelerden temel ikisi, tek eksenli basınç deneyi değeri ve eklem parametreleridir. Tek eksenli basınç dayanımı değeri genel olarak labaratuvar testlerinden elde edilmektedir. Fakat bu her zaman arazi koşullarında bu mümkün olmayabilir. Bundan dolayı Palmstrom ün geliştirmiş olduğu Şekil 15 de görülen bir kaya kütlesindeki yaklaşık olarak tek eksenli basınç deneyini karakterize eden şematik kesit mevcuttur.

7 Kaya kütlesindeki yaklaşık olarak kayacın tek eksenli basınç dayanımını karakterize eden parametreler (Palstrom, 1995)

8 RMI, kaya içerisindeki eklemlenmelerin kesişmesinin dayanımını düşüreceği prensibi üzerine kurulmuştur. Bu durum aşağıdaki şekilde ifade edilmiştir (Palström,1995); RMI = σc * JP σc:doğal kayaçlar örneklerinde hesaplanmış olan, kayacın tek eksenli basınç dayanımı (Mpa) JP :Doğal kayaçta eklemlenmeler sebebiyle meydana gelen dayanım kaybını ifade eden, eklemlenme parametresidir

9 Eklem parametresi (JP), blok büyüklüğünden yola çıkılarak elde edilen blok hacmi (Vb) ve eklem durumu faktörü (jc) ile hesaplanmaktadır. Blok hacmi (Vb), eklemlerin yoğunlu ile veya eklemlerin derecelerinin ölçümü ile hesaplanmaktadır. Bundan dolayı da kayanın geometrisini doğru tanımlamak önemlidir. Eklem durum faktörü (jc), bloklar arası sürtünme özelliğini ifade eder

10 Eklem büyüklük faktörü (jl), eklemler için büyüklük faktörünün doğru seçilmesi önemli bir parametredir. Uzun kırıkçatlakların kayaya etkisi oldukça fazladır. jc = jl*jr/ja jr: Duvar yüzeylerindeki eklemin düzlemselliği ve eklem pürüzlülüğü (Q sistemindeki Jr ile benzer şekilde) ja: Duvar ekleminin izafi karakteri, eklem ayrışma faktörü (Q sistemindeki Ja ile benzer şekilde) jl: Eklem büyüklüğü vedevamlılık faktörü

11 Eklem parametresi (JP) ve blok hacmi (Vb) ile eklem durum faktörü (jc) diyagramı

12 Kaya tahkimat sistemi tahmininde RMI nin kullanımı ise; Eklemli kayalarda ve bloklu zeminlerde gerilme nin etkisi (SL) yer altı suyu (GW) etki etmektedir.böylece ; Zemin durum faktörü ; Gc = RMI*SL*GW olarak hesaplanır. Gc tahkimat yapılacak bölgenin büyüklüğü veya geometrisi ile orantılıdır. Bu nedenle; Sr = Dt/Db*Co/Nj Dt: Tünel çapı Db: Blok çapı Co:Ana eklemlerin yönelimi Nj: Ana eklemlerin sayısı

13 RMR, Q ve RMI sistemleri arasındaki farklar Üç sistemdeki yaygın parametreler her ne kadar aynı gibi görünse de birtakım farklılıklar içermektedir.

14 1- Girdi parametrelerinin hesaplanması üç sistemde de farklıdır -RMR sistemini kullananlar parametrelerdeki verilen değerleri toplayarak RMR değerine ulaşırlar -Q sisteminde, seçilen veriler ile bir takım çarpma ve bölme işlemi yapılır -RMI sistemini kullananlar ise çarpmanın kombinasyonu ile üstel hesaplamalar yapar ve daha doğru sonuçlar ortaya çıkar

15 2-Kaya kalitesine göre tahkimatın seçiminde farklı yollar bulunur -RMR de bir tablodan seçim yapılır (10 m yüksekliğindeki bir tünel) -Q sisteminde; grafik üzerinde Q değeri ile tünel çapı veya yüksekliği çakıştırılır ve tahkimat belirlenir -RMI de destek sistemleri ikiye ayrılır a)eklemli kayalar, zemin koşulları ve geometrik oranlar (tünel büyüklüğü-çapı, blok büyüklüğü) ile grafik yardımıyla, b)aşırı gerilme olan zeminlerde (masif kayalar ve iri bloklar), teğetsel gerilmelerin yoğun olduğu yerlerde RMI değerlerine göre tahkimat sistemi oluşturulur.

16 3- Q sisteminde kaya parametreleri direkt olarak girilmemektedir, fakat bu parametrelerden bazıları dolaylı olarak kullanılmaktadır de tek eksenli basınç deneyini direk olarak içeren Qc sistemi ortaya konuldu (Barton, 2002). Şimdiye kadar tahkimat sistemi için bu parametre nadiren kullanılıyordu.

17 4- RMR sisteminde gerilme 25 Mpa a kadardı. Bunun anlamı RMR da, tünelde gerilme problemi yoktur (örneğin, kaya patlaması, sıkışma vs).

18 5- Zayıf zonlar için üç sistemde farklı farklı nitelendirme yapmıştır. RMR de özel bir parametre yoktur, Q sisteminde zonun derinliğine ve bileşimine bağlı tanımlama yapılmıştır. RMI sisteminde zonun büyüklüğüne yer verilmiştir.

19 RMR, Q ve RMI sistemlerinde kullanılan girdi parametreleri

20 Sistemlerin karşılaştırılmasıyla ilgili örnekler Orta derecede eklem sıklığına sahip bir tünelde ; 10 m çapında bir otoyol tüneli için verilen karakteristikler aşağıdaki gibidir. -Jeolojik birim granittir. -Tek eksenli basınç deneyi σc= 125 Mpa -Eklem sayısı: 2 eklemli -Eklem yönelim durumu: Uygun -RQD değeri (Ort.): %85 -Blok hacmi Vb: 0.1 m3 -Eklem açıklığı: 0,2-0,4m -Eklem dolgusu yok ve düzlemsel -YAS durumu: Nemli -100 m örtü kalınlığında orta gerilme mevcut

21

22 Bol kırık çatlaklı kayaya sahip bir tünelde; Norveç de 6 km uzunluğunda, 8 m çapında bir tünele ait karakteristikler aşağıdadır; -Jeolojik birim meta-kumtaşıdır - Tek eksenli basınç deneyi σc =100Mpa - Eklem sayısı 3 ve düzensiz - Eklem yönelimi : Uygun değil ve çok parçalı - RQD değeri (Ort): %10 - Blok hacmi Vb (Ort): 0,001 m3 - Eklem arası açıklığı : 5-20 cm - Örtü kalınlığı m ( Orta Gerilme ) - YAS: Yok denecek kadar az oranda su gelimi

23

24 Örneklerden de görülüyor ki ; Eklemlerin durumu, dolgusu, yönelimi vb. parametreler sonucu direk olarak etkilemekte ve her üç sistemde de tahkimat sistemi de değişkenlik göstermektedir. RMR sisteminde tünel için en önemli parametrelerden overstress (aşırı gerilme) squeezing (sıkışan zemin) ve kaya patlamalarına değinilmemiştir. Bu sebeple kaya durumu, çok zayıf olması gerekirken zayıf çıkmıştır. RMI tahkimat açısından kendini güvenli tarafa almaktadır ve zayıf zonların belirlenmesinde önem teşkil etmektedir. Q,RMR ve RMI sınıflamasına ait korelasyonlar Şekil 17 de verilmiştir.

25 Q,RMR ve RMI sınıflamalarının karşılaştırılması

26 Yazarların kendi tecrübe ve basılmış makalelerine dayanarak yazılan bu yazıda aşağıdaki düşünceler, RMI nin gelişimde ve girdi parametrelerinin seçilmesinde önem kazanmıştır; - Basit ifadeler için az girdi parametrelerine yer verilmelidir. -Mümkün olduğu kadar, jeolojik verilere yer verilmeli ve varolan yöntemler uygulanmalı -Girdi parametrelerini bulmak için basit ve pratik yöntemler tercih edilmelidir. -Sayısal değerlere kolayca çevrilebilmesi açısından doğru tanımlamalar yapılmalıdır.

27 Eklem parametrelerinin RQD, Jv ve Vb nin korelasyonu (Palmstrom, 2005)